[发明专利]光路切换装置及集成多个测头的微纳米测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光路切换装置，其用于光学测量领域；本发明还涉及一种集成多个测头的微纳米测量系统。

背景技术

目前的超精密光学测量工具，有集成触针测量和非接触测量的测量仪器，但其只是简单地组合多种测量功能，各测量模块分别采用各自的计量系统，只是共用支撑台架，并没有达到集成的目的。也有集成多种扫描探针显微镜的商用仪器，其测量方式均采用扫描探针这一形式，集成的各个扫描探针显微镜相互独立，均使用各自独立的数据采集与处理系统，仅共用可移动样品台及上位机的图像显示功能，通过上位机控制切换电路，进而选择不同的测头模块。同时，扫描探针这一测量形式的测量能力有限，虽然测量精度很高，但是无法测量尺寸较大的样品。

随着超精密加工技术、MEMS加工工艺的快速发展，半导体工业中高精度相关微小器件和结构的制造得到了极大的发展，主要体现在：尺寸跨度越来越大，结构复杂程度越来越高，制造精度要求也不断攀升。因此，对微纳米尺寸测量与表征技术提出了更高的要求。从工程设计到样机研究制造再到质量控制分析，微纳米尺寸测量与表征技术的影响力越来越大。这推动了基于新原理、新算法、更高精度和尺寸跨度的测量装置的研究。研究开发用于测量三维尺寸、位置和其他形貌特征的测量方法和相应装置，成为微器件和微结构测量领域的主要研究工作。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种光路切换装置，用以选择性地切换微纳米测量系统中光路传播路径，确切地讲，其可以在测量系统的多个测头之间进行选择性切换。

本发明还提供一种集成多个测头的微纳米测量系统，以实现共用计量系统的多个测头的集成。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明所涉及的光路切换装置采用如下方案：

一种光路切换装置，其特征是，所述光路切换装置包含一个驱动机构、一个移动反射镜和多个固定反射镜，所述移动反射镜上具有多个朝向不同方向的反射面，每个反射面与一个固定反射镜平行相对，所述移动反射镜与所述驱动机构相连接，当驱动机构将移动反射镜移动到不同位置时，可使移动反射镜的不同反射面接收入射光线，并经相对应的固定反射镜反射后，在不同位置输出出射光线。

优选地，所述移动反射镜为三棱柱形，具有三个与棱平行的柱面，其中一个柱面与所述入射光线垂直，另外两个柱面构成两个不同方向的反射面。

优选地，所述移动反射镜为三棱锥形，具有一个底面和三个锥面，所述底面与所述入射光线垂直，三个锥面构成三个不同方向的反射面。

进一步地，所述反射面与所述入射光线的夹角为45°。

本方案所涉及的光路切换装置的有益效果是可以选择性地切换微纳米测量系统中光路传播路径，确切地讲，其可以在测量系统的多个测头之间进行选择性切换，结构简单，操作方便。

本发明所涉及的一种集成多个测头的微纳米测量系统采用如下方案：

一种集成多个测头的微纳米测量系统，包括光源模块、图像采集模块和多个测头模块；其特征是，还包括一个成像分光镜和一个光路切换装置，所述光路切换装置包括一个驱动机构、一个移动反射镜和多个固定反射镜，所述移动反射镜上具有多个朝向不同方向的反射面，每个反射面与一个固定反射镜平行相对，所述光源模块发出的光源光线经成像分光镜反射后照射在移动反射镜的一个反射面上，再经固定反射镜反射后进入其中一个测头模块，从测头模块中返回的成像光线依次经所述固定反射镜、移动反射镜和成像分光镜进入图像采集模块；所述移动反射镜与所述驱动机构相连接，当驱动机构带动移动反射镜移动位置后，可使移动反射镜的另一反射面接收所述光源光线，并经另一固定反射镜反射后进入另一测头模块。

进一步地，所述多个测头模块中包括一个可实现微米尺度测量的光学显微干涉测头和一个可实现纳米尺度测量的原子力显微干涉测头模块。

进一步地，所述原子力显微干涉测头模块中包括光学干涉物镜、压电驱动器、悬臂梁和探针，所述压电驱动器和悬臂梁后端连接，悬臂梁前端和探针垂直连接，所述光源光线透过所述光学干涉物镜照射在所述悬臂梁背面。

进一步地，所述光学显微干涉测头模块中包括一光学干涉物镜。

优选地，所述光学干涉物镜为米劳干涉物镜、迈克尔逊干涉物镜或林尼克干涉物镜。

优选地，所述多个测头模块中包括聚焦式测头模块或光学微接触式测头模块。

本方案所涉及的一种集成多个测头的微纳米测量系统具有如下有益效果：